实验四 钻井液常规性能测试 一、实验目的 1、掌握六速旋转粘度计的使用方法和钻井液表观粘度、塑性粘度和动切 力的测定和计算方式； 2、掌握静滤失仪的使用方法和钻井液滤失量、pH值和泥饼厚度的测定方 法； 3、掌握钻井液膨润土含量的实验原理和测定方法； 4、掌握钻井液密度的测定方法； 5、掌握钻井液漏斗粘度的测定方法； 二、实验原理及测定方法 1、六速旋转粘度计的工作原理、使用方法及粘度和切力的计算 （1）六速旋转粘度计的结构和工作原理 六速旋转粘度计（图4-1）是以电动机为动力的旋转型仪器。被测液体处于 两个同心圆筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被 测液体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度，依 据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转为内筒 转角的测量。记录刻度盘的表针读数，通过计算即为液体表观粘度、塑形粘度和 动切力。 图4-1 六速旋转粘度计及变速拉杆 （2）六速旋转粘度计的使用方法 ①接通电源，拨动三位开关至高速位置，待外筒转动后，将变速拉杆的红色 球形手柄（手柄位置与转速的选择如图4-1）放置在最低位置，此时外筒转速即 为600rpm。观察刻度盘是否对零（若不对零，可松开固定螺钉调零后再拧紧）、 外筒是否偏摆（若偏摆，应停机重新安装外筒）。检查调速机构是否灵活可靠。 ②将刚高速搅拌过的钻井液倒入泥浆杯中至刻度线（此处钻井液的体积为 350ml），立即置于托盘限位孔上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧 托盘手轮。迅速从高速（600rpm）到低速（3rpm）依次测量。待刻度盘读数稳定 后，记录各转速下的读数Ф。 ③实验结束后，关闭电源，松开托盘手轮，移开泥浆杯，倒出泥浆。左旋卸 下外转筒，将外转桶和内筒清洗后擦干，将外转筒安装在仪器上。 （3）粘度和切力的计算方式 表观粘度AV＝0.5*Ф600，单位：mPa.s； 塑性粘度PV＝Ф600－Ф300，单位：mPa.s； 动切力YP＝0.511*（2*Ф300－Ф600），单位：Pa。简略计算时，可将0.511 替换为0.5。 2、静滤失仪的工作原理、使用方法及滤失量、pH值和泥饼厚度的测定 （1）钻井液滤失原理 在滤失介质两端施加一定的压力差，在压力差的作用下，钻井液通过滤失介 质发生滤失。 （2）打气筒静滤失仪的结构和工作原理 打气筒静滤失仪（如图4-2）是将一定量的钻井液，注入筒状钻井液杯中， 上紧杯盖，接通气源，调节减压阀将压力调至0.69MPa，打开放气阀，气源进入 钻井液杯中。通过静滤失仪可记下滤失时间、滤失量并可留取泥饼。 图4-2 打气筒静滤失仪 1-带压力表的打气筒 2-减压阀 3-底座 4-钻井液杯 5-量筒 图4-3 减压阀的操作示意图 图4-4 放空阀的操作示意图（左图为进气、右图为关闭或排空） 图4-5 钻井液杯的安装示意图 （3）打气筒静滤失仪的使用方法 ①松开减压阀（逆着图4-3箭头方向旋转减压阀手柄，将手柄退出），使减 压阀处于关死状态，此时无压力输出和显示，然后关闭放空阀（如图4-4右图） 用力打气使气筒压力表达1MPa 左右，然后顺时针旋转减压阀（如图4-3箭头方 向），直到压力表读数为0.69MPa ②用手指堵住钻井液杯气接头小孔，倒入适量的泥浆，使液面与泥浆杯内刻 度线平齐（高度以低于密封圈1-1.5cm最好），放好干燥的密封圈，铺一张干燥 的滤纸，将干燥的泥浆杯盖盖好旋紧。然后装入三通接头并卡好（如图4-5）， 将量筒放在泥浆杯下面，对准出液孔 ③顺着“进气”箭头方向推通气阀杆（如图4-4左图），同时观察压力表指 示 当压力表稍有下降或听到有进气声后，即停止操作通气阀，开始计时并微调 减压阀手柄，使压力表指示保持为0.69MPa ④记录 7.5min 时收集的滤液量，取开量筒，逆着“进气”箭头方向推通气 阀杆（如图4-4右图），听到放气声后表示泥浆杯中余气放尽，取下泥浆杯 ⑤冲洗擦干泥浆杯、杯盖和密封圈 （4）钻井液滤失量、pH值和泥饼厚度的测定方法 ①钻井液滤失量的测定方法 假设钻井液的瞬时滤失量为0，7.5min时量筒中滤液体积的2倍即为静滤失 量 ②钻井液pH值的测定方法 将pH试纸放到滤液中浸湿后取出，待其颜色稳定后和标准色对照，估计出泥 浆的pH值 注意：此方法只有在滤液颜色较浅的水基钻井液中才可使用 ③钻井液泥饼厚度的测定方法 7.5min静滤失实验结束后，打开泥浆杯，取下滤纸，用缓慢的水流小心的洗 净泥饼上的浮浆，把滤纸放置在平整的桌面上，用钢板尺测量的平均厚度值的2 倍即为泥饼厚度。 3、钻井液膨润土含量的测定原理和方法 （1）亚甲基兰溶液测定钻井液膨润土含量的实验原理 亚甲基兰是一种阳离子材料，在水中电离出氯离子和有机阳离子。当带负电 荷的粘土晶片与带正电荷的亚甲基兰染色离子结合生成兰色水不溶物后，亚甲基 兰褪色，只有当溶液中有游离的亚甲基兰时才呈绿兰色。 （2）钻井液膨润土含量的测定方法 ①用不带针头的注射器准确吸取2ml均匀泥浆置入三角瓶中，然后加入10ml 蒸馏水稀释。若所测钻井液中有有机处理剂，需要用氧化剂去除之。 ②用 0.01mol/l 亚甲基兰溶液滴定，每滴入 1ml （或更少）亚甲基兰后，旋 摇30s，用玻璃棒沾一滴液体沾至滤纸上，观察在染色固体斑点（粘土和亚甲基 兰的复合伍）外出没出现绿兰色圈，若无色圈继续滴加。 ③若发现绿兰色圈，继续旋摇2min后又消失，说明终点快到，小心加入0.5ml （或更少）亚甲基兰溶液，直至旋摇2min后色圈仍不褪色，则达到终点，纪录 所消耗的亚甲基兰溶液的体积V 。 亚 V 0.01 100 V 亚 亚 ④钻井液膨润土含量= × ×1000=14.3× ， 单位：g/l。 V 70 V 浆 浆 4、钻井液密度的测定方法 3 凡精度可达±0.01g/cm 的密度测量仪器均可用来测定钻井液的密度。通常 使用钻井液密度计（如图4-6）测定钻井液的密度。 图4-6 钻井液密度的结构示意图 钻井液密度计的使用方法如下： ①将清水注入杯中齐杯口为止，轻轻将盖旋转盖紧，使多余清水从盖上小孔 溢出，擦去外溢清水，然后将刀口置于刀承上，把游码左侧边线g/cm 位置，如水平泡位于中间，则仪器是准确的；否则，可在平衡柱内取3 出或加入重物来调整。 ②倒出清水，擦干，将待测泥浆注入杯中，盖好杯盖，让多余泥浆溢出，擦 净泥浆杯周围的泥浆，移动游码使横梁成水平状态（水平泡位于中间），游码左 侧边线所对应刻度，即为该泥浆的密度。 ③注意：对于混有空气或天然气的钻井液不可以使用该仪器测定。 5、钻井液漏斗粘度的测定方法 通常使用马氏漏斗粘度计（图4-7）测定钻井液的漏斗粘度。 马氏漏斗被标定为：21±3℃时，从漏斗中流出946ml （1quart）淡水的时间 为26±0.5s。 图4-7 马氏漏斗粘度计 马氏漏斗粘度计的使用方法如下： ①将用清水刷净的漏斗粘度计挂好，用手指堵住漏斗管口，将泥浆经滤网注 入漏斗锥体内直到泥浆的水平面至筛网底面止（此刻刚好是 1500ml）。放开手 指，同时记时，直到流满 946ml 量杯时止，记录消耗的时间，单位为 s。 ②马式漏斗使用一段时间后，一定要进行必要的校验。按照测定钻井液漏斗粘 度的方法，在 21±3℃条件下将 1500ml 清洁淡水注于漏斗内，若流出 946ml 淡 水为 26±0.5s （或流出1000ml 淡水为 28±0.5s），即为合格。 ③注意：为保护漏斗的管嘴，不得用铁丝等硬物穿通；测量时，漏斗应垂 直放好。 三、仪器、器皿和材料 （1）钻井液：400ml； （2）高速搅拌机； （3）六速旋转粘度计； （4）打气筒失水仪； （5）滤纸：Ф90； （6）量筒：20ml； （7）秒表； （8）钢板尺：精度 1mm； （9）pH 广泛试纸； （10）亚甲基兰溶液：0.01mol/l； （11）酸式滴定管：25ml； （12）三角瓶：250ml； （13）玻璃棒； （14）钻井液用密度计； （15）马氏漏斗粘度计； （17）电子天平； （18）注射器：5ml。 四、实验步骤 1、用高速搅拌器高速搅拌钻井液 10min。 2、使用六速旋转粘度计测定并计算钻井液表观粘度、塑性粘度和动切力； 3、使用打气筒滤失仪测定钻井液滤失量、泥饼厚度和pH值； 4、测定并计算钻井液膨润土含量； 5、学习并掌握测定钻井液密度的方法； 6、学习并掌握测定钻井液漏斗粘度的方法 五、数据处理 并计算所测得的数据 钻井液常规性能测试数据记录与处理表 膨润 泥饼 表观粘度 塑性粘度 Φ600 Φ300 滤失量 V V 动切力 土含 项目 厚度 pH 浆 亚 AV PV /mPa ·s /mPa ·s /mL /mL /mL /Pa 量 /mm /mPa ·s /mPa ·s g/L 数据 13.0 8.0 27.0 2.0 8 2.0 6.0 6.5 5.0 1.533 42.9 表观粘度 AV=0.5 ×Φ600=0.5×13=6.5mPa ·s 塑性粘
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